Роль бактерий в эволюции жизни на Земле

4,5 млрд. лет Земле.

4 млрд. лет - цианобактерии (СЗВ).

Гибридные бактерии (слияние ядерной клетки и пурпурных бактерий → митохондрии).

Специализированные клетки → сообщества клеток →Многоклеточный организм →Специализация → тканевой организм → Органная структура

Бактерии наряду с археями были одними из первых живых организмов на Земле, появившись около 3,9—3,5 млрд лет назад. Эволюционные взаимоотношения между этими группами ещё до конца не изучены, есть как минимум три основные гипотезы: Н. Пэйс предполагает наличие у них общего предка протобактерии, Заварзин считает архей тупиковой ветвью эволюции эубактерий, освоившей экстремальные местообитания; наконец, по третьей гипотезе археи — первые живые организмы, от которых произошли бактерии.

Эукариоты возникли в результате симбиогенеза из бактериальных клеток намного позже: около 1,9—1,3 млрд лет назад. Для эволюции бактерий характерен ярко выраженный физиолого-биохимический уклон: при относительной бедности жизненных форм и примитивном строении, они освоили практически все известные сейчас биохимические процессы. Прокариотная биосфера имела уже все существующие сейчас пути трансформации вещества. Эукариоты, внедрившись в неё, изменили лишь количественные аспекты их функционирования, но не качественные, на многих этапах циклов элементов бактерии по-прежнему сохраняют монопольное положение.

Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии. В породах, образованных 3,5 млрд лет назад, обнаружены продукты их жизнедеятельности — строматолиты, бесспорные свидетельства существования цианобактерий относятся ко времени 2,2—2,0 млрд лет назад. Благодаря им в атмосфере начал накапливаться кислород, который 2 млрд лет назад достиг концентраций, достаточных для начала аэробного дыхания. К этому времени относятся образования, свойственные облигатно аэробной Metallogenium.

Появление кислорода в атмосфере (кислородная катастрофа) нанесло серьёзный удар по анаэробным бактериям. Они либо вымирают, либо уходят в локально сохранившиеся бескислородные зоны. Общее видовое разнообразие бактерий в это время сокращается.

Предполагается, что из-за отсутствия полового процесса, эволюция бактерий идёт по совершенно иному механизму, нежели у эукариот. Постоянный горизонтальный перенос генов приводит к неоднозначностям в картине эволюционных связей, эволюция протекает крайне медленно (а, возможно, с появлением эукариот и вовсе прекратилась), зато в изменяющихся условиях происходит быстрое перераспределение генов между клетками при неизменном общем генетическом пуле.

Значение бактерий в жизни человека

Негативная роль:

1. возбудители заболеваний

2. бактериальная коррозия

3. выделение токсинов

Позитивная роль:

1.круговорот веществ в природе, почва

2. бактерии - редуценты

3. бактерии – симбионты

4. использование в биотехнологии

Распространение и функциональная роль бактерий

Распространение бактерий

МО составляют существенную долю живого вещества на планете:

0,2% от общего количества видов живых организмов

Описано 5 тыс. видов бактерий – это 5-6% от всех бактерий

В действительности - около 5 млн. видов МО

(для сравнения, известен 1 млн. видов насекомых)

Бактерии обитают повсеместно

Подземное царство: Пещеры (несколько км вглубь до уровня 100 ºС, предел +113 ºС – термофилы), Почва, Почвенные воды, Реки, Воздух, Все живые организмы

VBNC –некультивируемые формы (покоящиеся) МО – нанобактерии. Методом ПЦР определили 15 тыс. фантомных генотипов некультивируемых форм (нанобактерий)

Биоразнообразие бактерий

Различная форма, размеры: 0,2 мкм - самые мелкие, 1 мм - самые крупные, 1-2 мкм - средние размеры, 10^-12 г – вес одной бактерии

Функциональная роль бактерий

Ограничены в получении энергии и субстратов.

При обеспечении доступа питательных веществ и отвода продуктов метаболизма через 1 сут. могли бы достичь массы ЗШ (расчет по углероду).

Для нормального существования биосферы необходима постоянная репродукция бактерий.

Живые катализаторы, высокая ферментативная активность - редуценты.

Способны аккумулировать из внешней среды и передавать другим организмам: N, Р, С.

Осуществляют круговорот веществ в природе.

Главные отличия прокариот от эукариот

Генетический материал:

Расположение

П: нет мембраны, ограничивающей его от цитоплазмы

Э: ограничено от цитоплазмы ядерной мембраной

2. Форма П: кольцевая молекула ДНК, Э: хромосома

3. Внехромосомная ДНК П: расположена в плазмидах, Э: расположена в митохондриях

4. Гистоны П: есть гистоноподобные белки, Э: есть гистоны

5. Тип деления П: бинарное, Э: митоз

Синтез белка:

1. Рибосомы П: 70S(50S и 30S), Э: 80S (60S и 40S)

2. Мсто синтеза П: рибосомы свободно расположены в цитоплазме, Э: рибосомы в составе ш-ЭПС

Клеточная стенка:

1. Структурные элементы П: пептидогликан, Э: хитин или целлюлоза

2. Стеролы П: нет, Э: есть